Кератин — белок и его воспроизведение в домашних условиях¶
Кератин — это группа волокнистых структурных белков, входящих в состав кожных придатков позвоночных: волос, ногтей, копыт, рогов, перьев и чешуи. Кератины относятся к классу фибриллярных белков, их молекулы представляют собой спиральные цепи, свёрнутые в цепочку из четырёх спиралей (тетра-спиральный узел), что придаёт материалу высокую механическую прочность и устойчивость к химическому и ферментативному разложению. В промышленности и косметологии термин «кератин» часто используется в двух значениях: как обозначение самого белка и как название составов для выпрямления и восстановления волос, основу которых составляет гидролизат кератина.
¶Состав и строение
Кератин относится к группе белков, богатых серосодержащими аминокислотами — цистеином и метионином. Именно цистеиновые остатки образуют дисульфидные мостики между соседними полипептидными цепями, обеспечивая жёсткость и химическую инертность материала. В зависимости от содержания цистеина и степени упорядоченности структуры различают:
- α-кератин — характерен для млекопитающих, образует спиральные структуры, содержится в волосах, рогах, копытах;
- β-кератин — характерен для птиц и рептилий, образует плоские складчатые структуры, содержится в перьях и чешуе.
Содержание цистеина в кератинах может достигать 10–17 % остатков, что является одним из самых высоких показателей среди природных белков. Благодаря этому кератин устойчив к действию большинства протеаз и растворителей.
¶Получение кератина из природных источников
Промышленное получение кератина основано на переработке отходов животноводства и птицеводства: перьев, копыт, рогов, шерсти, ногтей и волос. Основные методы экстракции:
- Кислотный гидролиз — обработка сырья растворами кислот (серной, соляной) при повышенной температуре. Метод даёт низкомолекулярные пептиды, но разрушает часть аминокислот.
- Щелочной гидролиз — обработка растворами щелочей (NaOH, Ca(OH)₂). Применяется для получения кератиновых пептидов, используемых в косметике и кормовых добавках.
- Ферментативный гидролиз — обработка протеазами (папаин, бромелаин, алкальная протеаза). Позволяет получать пептиды с сохранением биологической активности, считается наиболее щадящим методом.
- Редуктивный экстракция — разрушение дисульфидных связей восстановителями (β-меркаптоэтанол, цистеин) в щелочной среде. Даёт нативные, высокомолекулярные кератиновые цепи, пригодные для получения волокон и плёнок.
- Сульфитный метод — обработка сульфитами (натрия сульфит, бисульфит), которые расщепляют дисульфидные связи с образованием цистеинсульфонатов. Метод широко используется для получения растворимого кератина.
¶Кератин в домашних условиях
Полноценный нативный кератин в бытовых условиях получить невозможно: для этого требуется лабораторное оборудование, реактивы высокой чистоты и строгий контроль pH и температуры. Однако ряд операций, связанных с кератином, доступен в домашней обстановке.
¶Извлечение кератина из перьев или волос
В домашних условиях можно провести упрощённую сульфитную экстракцию. Для этого перья птицы или обрезки волос заливают раствором натрия сульфита (5–10 %) с добавлением небольшого количества аммиака или соды для создания щелочной среды (pH 9–10), выдерживают при 50–60 °C в течение 2–4 часов при периодическом перемешивании. Раствор фильтруют, кислотой (лимонной или уксусной) доводят до pH 4–5 — кератин выпадает в осадок, который промывают водой и сушат. Полученный продукт представляет собой смесь кератиновых пептидов, пригодных для масок и уходовых средств, но не для получения волокон.
¶Кератиновые маски для волос
Домашние маски на основе кератина готовятся из гидролизатов кератина, приобретаемых у поставщиков косметического сырья. Базовый рецепт: 10–15 % гидролизата кератина, эмульсионный воск (3–5 %), растительные масла (5–10 %), вода до 100 %, консервант. Гидролизат вводят в водную фазу при комнатной температуре, жировые компоненты плавят на водяной бане и смешивают с водной фазой при 70–75 °C с гомогенизацией. Готовый состав наносят на волосы на 20–40 минут, затем смывают.
¶Кератиновое выпрямление волос
Косметические составы для кератинового выпрямления содержат гидролизат кератина, формальдегид-связывающие добавки (глиоксил, глиоксиловая кислота), силиконы и пластификаторы. Принцип действия: кератиновые пептиды проникают в повреждённые участки волоса и заполняют полости в кутикуле, а термическая обработка утюжком (200–230 °C) фиксирует форму. Домашнее использование подобных составов требует осторожности: формальдегид, выделяющийся при нагревании, является канцерогеном, поэтому составы с содержанием формальдегида свыше 0,2 % запрещены в ЕАЭС.
¶Применение кератина
Кератин и его производные применяются в нескольких отраслях:
| Область | Продукт | Применение |
|---|---|---|
| Косметология | Гидролизат кератина | Восстановление волос, ногтей |
| Медицина | Кератиновые губки | Гемостатические средства |
| Сельское хозяйство | Кератиновая мука | Белковая добавка в корма |
| Биотехнология | Кератиновые плёнки | Биоразлагаемая упаковка |
| Материаловедение | Кератиновые волокна | Композитные материалы |
В России кератиновая переработка представлена в основном переработкой пера сельскохозяйственной птицы. Крупнейшие производители гидролизатов кератина сосредоточены в Китае, Индии и Европейском союзе.
¶Ограничения и риски
При работе с кератином в домашних условиях необходимо учитывать несколько факторов. Щелочные и кислотные растворы, используемые для экстракции, вызывают химические ожоги кожи и слизистых, поэтому требуют использования перчаток и защитных очков. Сульфиты являются аллергенами и раздражителями дыхательных путей. Кератиновые составы для выпрямления волос с высоким содержанием формальдегида запрещены к использованию в ряде стран, включая страны ЕАЭС, при превышении предельно допустимой концентрации. Кроме того, кератиновые пептиды, полученные в бытовых условиях, не проходят контроль качества и могут содержать примеси, вызывающие аллергические реакции.
Источники:
- Feughelman, M. Mechanical Properties and Structure of α-Keratin Fibres. — Sydney: UNSW Press, 1997.
- Zoccola, M. et al. «Characterization of keratins extracted from wool and feathers». — Journal of Applied Polymer Science, 2009.
- Verbeek, C. J. R., van den Berg, L. E. «Extrusion Processing and Properties of Protein-Based Thermoplastics». — Macromolecular Materials and Engineering, 2010.
- Ахметов, Б. Ф. и др. «Переработка отходов птицеводства в кормовые белковые добавки». — Вопросы питания, 2015.
- Косметические средства: состав, технология, контроль качества. — М.: Косметика и медицина, 2018.